3D液晶显示模块不均匀分区背光扫描和设计分析

郭卫华

摘要：本文研究了快门眼镜式3D液晶显示器的三维效果，显示技术的本质，巧妙的设计，双重限制的图像强制分离，近距离观察，有一定的视差图像，产生立体视觉。在本文中，并且匹配透镜与适当的光学器件匹配以形成直下式背光。适用于帧频为120Hz及以上的三维液晶显示器。增加了LED角度，改变传统的直下式LED背光受到出射角的影响，传统LED增加了镜头的角度，二次光学处理，将点光源（如LED）转换为均匀的表面光源。

关键词：3D液晶背光扫描设计分析

1、3D显示原理

3D（3Dimension）就是三维立体，二维平面而言的。所有事物都有三个维度，宽度（X）、高度（Y）、深度（Z）。感受它们之间和之间以及它们之间的位置关系。我们已经习惯了这个3D世界的生活方式。显示技术发展的制约，在传统的显示设备上，3D显示技术把一帧图像处理成具有视差的两帧图像，拍摄图像时，相机用于模拟人眼，相机的两个镜头用于拍摄2D图像。需要确保同步信号的频率满足眼镜的要求，稳态时间越长，并避免由于频率不符合要求而导致的液晶屏闪烁或镜片闪烁等问题。当没有供电时，镜头以透明状态显示为白色，镜头在通电后显示为黑色状态。不同眼镜的黑白黑色翻转时间不同，镜头翻转的时间越短。

2、快门式3D显示的电路结构设计

快门式3D液晶电视系统解决方案，红外传输硬件部分，包括MCU和红外发射两部分。由两部分组成：红外发射部分和眼镜部分。液晶电视逐帧显示左右帧。同步高电平周期对应于左图像，只需按一下按钮，发送电路就会反转同步信号的极性。低电平周期对应于右图像。3D芯片源具有R/L，L/R模式，与VESA标准相反。低电平时段对应于左图，并且极性切换按钮布置在发送电路上，并且在实际观看中发现无序。VESA标准的同步信号是方波信号，在接收到同步信号后，MCU对其进行处理，然后将其调制为红外发送代码，该代码通过20kHz红外载波传输。红外遥控接收头频率为8kHz。

在USB板上放置USB接口和充电电路，并将其放置在右侧框架中；另一块PCB板包含三个部分：MCU，升压电路和镜头切换控制电路。镜头和红外接收器应焊接到FPC线上。而快门眼镜3D技术被广泛使用。3D效果取决于Crosstalk（串扰）及3D屏幕亮度，通过LED背光的点亮定时和液晶显示响应来改善3D显示性能。

（1） 3D成像原理

快門眼镜3D显示器将图像投影到屏幕上，由于人眼的瞳孔距离为4至6cm，并且使用3D眼镜确保左眼和右眼的不同图像融合以实现3D效果。两个不同视点的图像被传输到大脑以形成图像视差和图像景深。镜头开始定期打开和关闭。主流3D眼镜可以接收60±1Hz的频率范围和±0.5%的载波频率范围。

（2） 3D效果调试原理及优化方法

120HZ是将2D中的图像刷新频率提高到2倍，左眼图像和右眼图像交替出现在LCD屏幕上；在3D状态下，3D显示器以高速交替地显示左眼图像和右眼图像，并且眼镜高速切换。

（3）影响3D效果的因素

在3D模式中，Lvds信号和与3D图像对应的Vsync信号分别被发送到液晶面板的驱动（Tcon）和背光的驱动。Lvds信号通过Tcon板转换为Minilvds信号，并串行发送到源板。Vsync信号通过FPGA发送到背光，背光驱动器以Vsync信号作为参考来控制背光开关，以确保背光打开并且LCD屏幕上显示的图像同步。

当人眼观看3D电视时，主要是由于LED背光的开启时间和LED灯电流。灯条的电流受到电源驱动器的设计和LED灯的电流电阻的限制。影响主观效果的主要因素是屏幕亮度，串扰等，串扰左眼图像和右眼图像分离，导致双边缘现象。灯条电流给背光亮度。背光打开时间越长，背光打开的越多。图像和Vsync之间的相对时间差，切换时间和背光的打开时间等LCD屏幕的响应时间。

（4） 3D效果优化方法

TFT管的栅极在水平方向上连接到扫描线，源极在垂直方向上连接到数据线，漏极连接到液晶像素电极和存储电容器。将TFT管关闭到下一个重写信号，以便将电荷存储在电容器上，并顺序写入整个屏幕的视频信号。

以分辨率为1，920×1，080的120HzLCD屏幕为例，当卡片被处理成3D图像时，对于白色图像和中间具有黑色垂直条的白色图像，左眼图像和右眼图像交替地显示为3D状态的图像。为了清楚地区分每帧图像，必须防止在液晶翻转期间打开背光。在打开背光时打开眼镜，在显示左眼图像时打开左镜头（TL），在显示右眼图像时打开右镜头（TR）。当使用3D眼镜在液晶屏幕上观看图像时，需要测量液晶镜头的响应时间，以便于根据响应时间确定眼镜的打开时间。

Tgd是玻璃同步和Vsync信号的相对延迟时间，Tgon是透镜液晶分子响应时间的上升沿时间，而Tgoff是下降沿时间。T为播放一帧图像的时间，即T=1/F，对于120Hz屏，T=1/120s=8.3ms。ΔTlb，ΔTlt，ΔTL分别是左眼图像的下杆打开时间，上杆打开时间和左镜头打开时间长度；ΔTrb，ΔTrt和ΔTR分别是右眼图像的下杆打开时间和右镜头打开时间长度。即Trb-Tlb=Trt-Tlt=T，ΔTlb=ΔTlt=ΔTrb=ΔTrt，ΔTL=ΔTR。同时，眼镜同步信号Glass-sync和信号Vsync的相对延迟时间Tgd=TL-Tgon。该参数使得背光的发光定时能够与液晶显示器响应和3D眼镜同步，从而减少串扰并实现提高3D显示性能的效果。

3结论

在本文中，详细描述了快门式3D液晶电视系统的设计和实现。模块电路的工作原理以及整个系统解决方案软件的设计与实现，3D立体消费产品使人们能够体验到3D产品带来的新享受。

参考文献：

[1]刘玲，孙信中.浅析3D显示技术在LED显示屏上的应用[J].现代显示，2017年第5期：95-98.

[2]黄子强.液晶显示原理[M].北京：国防工业出版社，2018.